基于興趣驅(qū)動和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

王清亮 任恒峰　

[摘 要] 對于近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)興趣缺失、難以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維能力的現(xiàn)實(shí)局面，深入研究借助研討式教學(xué)法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性的具體措施。在近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，研討式教學(xué)模式的具體操作為“查閱資料—小組討論—設(shè)計實(shí)驗(yàn)—專題研討”四級研討模式，通過“查閱資料—小組討論”著力激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過“設(shè)計實(shí)驗(yàn)—專題研討”在學(xué)生自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維。

[關(guān)鍵詞] 創(chuàng)新能力培養(yǎng);研討式教學(xué)法;教學(xué)改革

[中圖分類號]G642? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 1008-2549（2020） 07-0087-03

作為物理學(xué)本科專業(yè)難度較大、綜合性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課程，近代物理實(shí)驗(yàn)在整個物理學(xué)本科專業(yè)課程體系中占據(jù)了至關(guān)重要的地位，一方面該課程的大部分實(shí)驗(yàn)可以充分反映學(xué)生本科階段對物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)掌握的綜合水平，另一方面該課程對于物理學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究體系起到了承上啟下的作用，因而近代物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)成效不僅對于是否能夠成功培養(yǎng)合格本科物理人才具有非常重要的作用，而且直接或間接地決定了有志于從事物理研究的同學(xué)能否培養(yǎng)出強(qiáng)烈的創(chuàng)新理念和創(chuàng)新意識。近代物理實(shí)驗(yàn)的原理大都晦澀難懂，如若采用傳統(tǒng)的教學(xué)手段往往會使得學(xué)生感到望而生畏，繼而學(xué)習(xí)該門課程的積極性逐漸消退;又由于現(xiàn)代化的集成技術(shù)使得近代物理實(shí)驗(yàn)儀器集成化程度很高，這就導(dǎo)致學(xué)生即便是理解了物理原理的基礎(chǔ)上操作實(shí)驗(yàn)，也往往是耗費(fèi)了大量時間而難以使得理論與具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行吻合性理解，也就更談不上創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)了。鑒于此種背景，研究近代物理實(shí)驗(yàn)課程的新型教學(xué)方式，從而在整個教與學(xué)的過程中培養(yǎng)本科學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新性思維，是近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一個重要研究方向。

一 近代物理實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限性

（一）近代物理實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)教學(xué)模式已經(jīng)僵化

很長的時期內(nèi)，忻州師范學(xué)院、山西省乃至全國多數(shù)地方師范院校物理系近代物理實(shí)驗(yàn)大都是采用的傳統(tǒng)填鴨式教學(xué)模式，這種方式可以稱為是“五個固定”的模式，即：在固定的時間內(nèi)上實(shí)驗(yàn)課，老師講授固定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，采用固定的實(shí)驗(yàn)儀器，學(xué)生進(jìn)行固定的實(shí)驗(yàn)操作，老師采用固定的考核方法。這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，雖然老師可以保質(zhì)保量地完成教學(xué)大綱所固定的基本教學(xué)任務(wù)、學(xué)生們可以質(zhì)高量優(yōu)地完成基本學(xué)習(xí)內(nèi)容;但與此同時其缺陷也是非常明顯：多年來所形成的這種教學(xué)模式無法滿足現(xiàn)代高校教學(xué)改革的整體要求，僵死的教學(xué)時間、陳舊的教學(xué)方法、落后的教學(xué)手段、難以與當(dāng)前前沿?zé)狳c(diǎn)相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容，難以科學(xué)反映學(xué)生真實(shí)水平的考核方式等都已僵化，難以迎合當(dāng)代大學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，已經(jīng)成為有效提高近代物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)成效的阻礙，亟須進(jìn)行必要的改革。

（二）學(xué)生學(xué)習(xí)近代物理實(shí)驗(yàn)課程的興趣逐漸喪失

作為物理系物理學(xué)專業(yè)開設(shè)于高年級段的專業(yè)必修實(shí)驗(yàn)類課程，近代物理實(shí)驗(yàn)以本科階段難度較大的原子物理學(xué)和量子力學(xué)為理論基礎(chǔ)，具體的實(shí)驗(yàn)往往綜合性、設(shè)計性強(qiáng)，同時實(shí)驗(yàn)儀器集成程度較高，從而導(dǎo)致學(xué)生難以從實(shí)驗(yàn)中直接體會相關(guān)理論如何得以實(shí)現(xiàn)。近代物理實(shí)驗(yàn)課程自身的這些性質(zhì)本身就決定了學(xué)生們在學(xué)習(xí)和動手操作的過程中難以調(diào)動起強(qiáng)烈的主動積極性和濃厚的學(xué)習(xí)興趣，而傳統(tǒng)的已經(jīng)僵化的教學(xué)模式則又落后時代、沉悶乏味，學(xué)生只是被動地接受知識、按照教師的要求在固定的時間使用固定的儀器進(jìn)行固定的實(shí)驗(yàn)，而在教和學(xué)的過程中主動參與的比重較小，進(jìn)而無法在近代物理實(shí)驗(yàn)整個教學(xué)過程中最大化地發(fā)揮學(xué)生的主體地位作用，使其逐漸地喪失學(xué)習(xí)近代物理實(shí)驗(yàn)的興趣，久而久之使得當(dāng)前的教學(xué)成效難以令人滿意。

（三）近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維

2014年9月李克強(qiáng)總理首次提出“雙創(chuàng)”理念，自此“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”掀起了中國發(fā)展的新浪潮。作為一門綜合設(shè)計性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課程，近代物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)課堂本該是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維的絕佳陣地，學(xué)生在學(xué)習(xí)好物理基礎(chǔ)知識、提高動手能力的同時，應(yīng)該充分利用發(fā)散思維、融合學(xué)科前沿?zé)狳c(diǎn)培養(yǎng)出自身較好的二次再創(chuàng)造的創(chuàng)新性思維，但在傳統(tǒng)“五個固定”的教學(xué)模式中，由于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的缺乏，學(xué)習(xí)該門課程僅僅是為了學(xué)而學(xué)，甚至部分同學(xué)僅僅是為了獲取學(xué)分而學(xué)，這種教學(xué)模式所導(dǎo)致的學(xué)生的被動學(xué)習(xí)使得學(xué)生無法在常規(guī)的課堂教學(xué)過程中充分發(fā)揮自身的創(chuàng)造力，主動性地提出有較高質(zhì)量的學(xué)術(shù)問題，最終導(dǎo)致在這種綜合程度較高的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中難以培養(yǎng)出學(xué)生獨(dú)具創(chuàng)造性的創(chuàng)新性思維。

綜上所述，要打破近代物理實(shí)驗(yàn)課程業(yè)已僵化的教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)綜合性強(qiáng)的近代物理實(shí)驗(yàn)的興趣和主動性，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步培養(yǎng)較好的創(chuàng)新性思維，提高教學(xué)成效，必須采取先進(jìn)的教學(xué)理念，改革陳舊的傳統(tǒng)教學(xué)模式。結(jié)合前期教學(xué)研究成果，我們將在近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用研討式教學(xué)模式，并在具體實(shí)踐的基礎(chǔ)上進(jìn)行理論升華，逐步提高近代物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)成效。

二 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的新型教學(xué)模式

（一）近代物理實(shí)驗(yàn)的研討式教學(xué)模式

根據(jù)近代物理實(shí)驗(yàn)自身的原理難度大、操作綜合性強(qiáng)以及儀器集成程度高等特點(diǎn)，結(jié)合傳統(tǒng)的教學(xué)過程中難以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新理念的具體事實(shí)，這里我們主要研究在近代物理實(shí)驗(yàn)課上如何徹底打破常規(guī)的“五個固定”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，運(yùn)用如框架圖1所示的研討式教學(xué)法，在調(diào)動起學(xué)生學(xué)習(xí)主動積極性和提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作動手能力的同時，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)近代物理實(shí)驗(yàn)的整體學(xué)習(xí)效果，使實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)有一個質(zhì)的提高。

具體來講，主要有以下幾個方面：第一，采取全開放式的教學(xué)方式打破固定教學(xué)的時間，使學(xué)生隨時根據(jù)需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。第二，以帶著問題進(jìn)行分組討論的方式變革老師講授固定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的授課方式，讓學(xué)生在掌握基本實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，接觸并熟悉近代物理實(shí)驗(yàn)相關(guān)前沿?zé)狳c(diǎn)動態(tài)，以靈活的討論方式激發(fā)學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)興趣。第三，培養(yǎng)學(xué)生儀器是進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的載體、儀器可以根據(jù)需要進(jìn)行正確拼裝的大膽科學(xué)理念，從而取代一個實(shí)驗(yàn)一套固定儀器的陳舊思想，鼓勵并要求學(xué)生根據(jù)小組討論所掌握的實(shí)驗(yàn)原理及相關(guān)的前沿理論，依托現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計實(shí)驗(yàn)具體方案。要求學(xué)生在設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案的過程中保持基本科學(xué)原則的前提下進(jìn)行大膽的想象，養(yǎng)成獨(dú)立思考和設(shè)計的基本科學(xué)素養(yǎng)，以發(fā)散性的思維模式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)具體處理，理論聯(lián)系實(shí)際，進(jìn)而培養(yǎng)出較好的科學(xué)創(chuàng)新能力。第四，要求學(xué)生以小組為單位、以專題研討的形式根據(jù)自己的理想設(shè)計進(jìn)行必要的實(shí)驗(yàn)操作。在研討的過程中，學(xué)生根據(jù)近代物理實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有儀器的特點(diǎn)，分析討論哪些設(shè)計可行，做出具體實(shí)驗(yàn);哪些設(shè)計不可行，給出具體分析原因，能否進(jìn)行改進(jìn)，如果改進(jìn)的話是對設(shè)計方案進(jìn)行改進(jìn)還是對儀器進(jìn)行改良，如何改進(jìn)和改良。在此過程中培養(yǎng)學(xué)生的初步分析研判能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題的能力，從而逐步提高學(xué)生對所培養(yǎng)的創(chuàng)新性思維有一個正確認(rèn)識的理念。

（二）研討式教學(xué)法的具體實(shí)施

如前所述，近代物理實(shí)驗(yàn)課程研討式教學(xué)法實(shí)施的前提是在時間上打破以往在固定時間進(jìn)行教學(xué)的授課方式，采用全開放式的、以學(xué)生需求為主的靈活教學(xué)模式，同學(xué)根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度隨時聯(lián)系老師適時進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這樣，同學(xué)們完全可以根據(jù)自己的進(jìn)度、根據(jù)自己的需要來采取合適的時間來進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)操作，而由于實(shí)驗(yàn)時間的靈活性，同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)操作的跨度也更加具有靈活性。在授課方式上，則徹底改變傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)模式，無論是實(shí)驗(yàn)原理的教學(xué)還是實(shí)驗(yàn)操作的講授上，都采取全新的研討式教學(xué)法，在整個過程中強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主參與，在激發(fā)學(xué)生興趣的同時培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新性思維。

研討式教學(xué)法在近代物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的具體實(shí)施方案包含以下幾個部分：

第一，在實(shí)驗(yàn)原理的授課中，教師不對實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行系統(tǒng)講授，而是在進(jìn)行每一個實(shí)驗(yàn)之前大概兩周左右的時間內(nèi)，通過班級學(xué)習(xí)委員向?qū)W生下發(fā)幾個問題。在這些問題中不僅要包含體現(xiàn)學(xué)生對基本內(nèi)容掌握程度的基礎(chǔ)性原理問題，而且還要包含培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的創(chuàng)造性問題。

第二，讓同學(xué)們帶著這些問題，利用一周的時間閱讀教材，但閱讀的范圍不止于教材，要求同學(xué)們利用圖書館、網(wǎng)絡(luò)等各種資源進(jìn)行調(diào)研。在自學(xué)閱讀一周的時間之后，教師組織同學(xué)們利用課余時間分組討論，將班級同學(xué)分成三組自行進(jìn)行討論。實(shí)驗(yàn)本身就是一個講究團(tuán)體合作和協(xié)作的過程，所以同學(xué)們之間的這種對理論和實(shí)驗(yàn)設(shè)想進(jìn)行的深刻討論具有非常重要的意義。通過一周左右的討論探究，不僅解決上述基礎(chǔ)性原理問題，而且根據(jù)創(chuàng)造性問題引導(dǎo)并要求每組同學(xué)解放思想、發(fā)散思維，設(shè)計出不低于3種有價值的理想實(shí)驗(yàn)方案，這些方案也許在最后的真正操作中限于實(shí)驗(yàn)室的具體條件未必真正能夠?qū)崿F(xiàn)，但理論上必須是講的通的。對于較難的無法通過討論解決的問題，力求在老師最后組織的全班性大討論中得以解決。在這種鼓勵學(xué)生自行討論原理和設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案的教學(xué)模式中，教師由“講授”的角色轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸笇?dǎo)”，學(xué)生由被動“學(xué)習(xí)”的角色轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥摹皡⑴c”，從而使得學(xué)生在整個教學(xué)過程中參與度高，逐步可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

第三，小組自行討論結(jié)束后，組織每班進(jìn)行班級的專題討論，一方面解決小組內(nèi)未能解決的問題，另一方面，幫助同學(xué)們梳理整個理論和設(shè)計思路，尤為重要的是研究討論小組討論中所提出的實(shí)驗(yàn)設(shè)想的可行性，并且利用討論結(jié)束后的時間，帶領(lǐng)同學(xué)們簡單熟悉實(shí)驗(yàn)儀器及其各部件，給同學(xué)們講解實(shí)驗(yàn)儀器各部件的物理特點(diǎn)，讓同學(xué)們了解到實(shí)驗(yàn)儀器與自己所設(shè)想方案的異同在哪里、實(shí)驗(yàn)儀器的局限性在哪里。

第四，通過“個人自學(xué)—小組討論—設(shè)計實(shí)驗(yàn)—班級討論”模式熟悉實(shí)驗(yàn)理論后，根據(jù)學(xué)生個人學(xué)習(xí)、設(shè)計進(jìn)度和老師及實(shí)驗(yàn)室時間，分批次讓學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室熟悉實(shí)驗(yàn)儀器，在熟悉的過程中要求學(xué)生進(jìn)行試行實(shí)驗(yàn)和專題研討。此過程中，一方面要求學(xué)生根據(jù)自己所學(xué)理論和設(shè)計，參考儀器具體情況進(jìn)行試行實(shí)驗(yàn)，一方面要求同學(xué)們在具體操作驗(yàn)證自己設(shè)計的同時，充分與組內(nèi)乃至組外同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可行性的專題研討，并與大綱規(guī)定的方案對照，找出異同，研究難以實(shí)現(xiàn)方案的具體改進(jìn)措施。學(xué)生在自行設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行驗(yàn)證改進(jìn)的過程中，逐步出了培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的創(chuàng)新性思維，并進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生分析討論自己創(chuàng)新思維科學(xué)合理性的研判能力，這也是興趣驅(qū)動下培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的關(guān)鍵步驟。

第五，特別需要指出的是，同學(xué)們所設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案理論上可能是可行的，但由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，我們實(shí)驗(yàn)室并不能真正實(shí)現(xiàn)。鑒于此，要求同學(xué)們在理論上對實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行改造，并畫出改造的原理路線圖，通過討論論證儀器改造方案的可行性和自己所設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案的可行性。進(jìn)一步給同學(xué)們留下思考問題：本實(shí)驗(yàn)如何與前沿研究相關(guān)領(lǐng)域結(jié)合，并進(jìn)行可行性分析，此外思考實(shí)驗(yàn)可能的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，最終這些均以小論文的形式提交。

第六，實(shí)驗(yàn)完畢后，要求學(xué)生對整個實(shí)驗(yàn)進(jìn)行反思思考，要求同學(xué)們回顧整個實(shí)驗(yàn)歷程，從原理的學(xué)習(xí)和討論到設(shè)計方案的提出與實(shí)驗(yàn)，從重復(fù)教材上的實(shí)驗(yàn)到在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的拓展性研究。讓同學(xué)們在上面所寫的小論文的最后寫上自己對整個實(shí)驗(yàn)改革的反饋信息，內(nèi)容主要包括與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，這種“研討式”教學(xué)方式的優(yōu)點(diǎn)與不足，這種教學(xué)方式有哪些仍需改進(jìn)的地方，該如何進(jìn)行改進(jìn)，這種教學(xué)方式該如何向其他實(shí)驗(yàn)進(jìn)行推廣。

（三）研討式教學(xué)法的預(yù)期成效

在近代物理實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中采用旨在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的研討式教學(xué)法預(yù)期將會產(chǎn)生非常好的教學(xué)成效：

第一，學(xué)生學(xué)習(xí)近代物理實(shí)驗(yàn)的興趣和主動積極性將會大大提高。與傳統(tǒng)的教師系統(tǒng)講授、學(xué)生被動聽講的教學(xué)模式不同，研討式教學(xué)法使得學(xué)生一方面深入挖掘教材、查閱資料，在與同學(xué)老師的討論中解決難點(diǎn)，另一方面使學(xué)生首先通過自學(xué)教材中所涉及的基本理論的應(yīng)用部分，之后在具體實(shí)驗(yàn)中領(lǐng)會并掌握這部分知識，從而使教學(xué)效果較之傳統(tǒng)上課模式顯著改善。把學(xué)生從整個教學(xué)過程中由被動接受知識的客體變成主動學(xué)習(xí)、主動參與的主體，進(jìn)而可以充分調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣。

第二，學(xué)生的創(chuàng)新能力將會得到明顯的提高。在研討式教學(xué)法的實(shí)施過程中，學(xué)生掌握了實(shí)驗(yàn)的基本原理之后，帶著興趣參與教學(xué)的同時，自行設(shè)計自認(rèn)為可以實(shí)現(xiàn)的多種實(shí)驗(yàn)方案，并將這些方案進(jìn)行完善，之后去實(shí)驗(yàn)室熟悉實(shí)驗(yàn)儀器及其各個部件，并針對實(shí)驗(yàn)條件對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行對比，在教師的指導(dǎo)下，對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行修訂，直至找出至少一套可以操作的方案來，對于無法在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)的方案，將其設(shè)計修訂成理想上可以操作的形式。這樣充分挖掘了學(xué)生的設(shè)計能力和創(chuàng)新性思維，并在具體實(shí)驗(yàn)操作的過程中對自己的設(shè)計和創(chuàng)新進(jìn)行較好的研判，進(jìn)而逐步培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，學(xué)生在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行較高質(zhì)量的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)探究，撰寫較高質(zhì)量的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)論文。通過這種自行設(shè)計實(shí)驗(yàn)的方式，預(yù)期可以較好地在興趣的驅(qū)動下培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的自主創(chuàng)新能力。

在當(dāng)前“雙創(chuàng)”大背景下，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力是當(dāng)代大學(xué)教育的關(guān)鍵任務(wù)之一。本文首先研究了當(dāng)前傳統(tǒng)的近代物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)局限性，并針對性地引入了研討式教學(xué)模式，詳細(xì)研究了在近代物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)過程中如何具體實(shí)施研討式教學(xué)法，討論了采用此種方法進(jìn)行教學(xué)的積極成效。

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（責(zé)任編輯： 王義祥）